一种指纹识别光学系统技术方案

一种指纹识别光学系统，包括棱镜（３）、光学成像系统和照明系统，棱镜（３）包括背景面（３４）、指纹识别面（３３）、全反射面（３２）、光线进出界面（３１），其中指纹识别面（３３）和全反射面（３２）是平面，人的指纹按压在指纹识别面（３３）后，当光线遇到指纹凸出的部分时指纹识别面（３３）上的全反射功能被破坏后再被全反射面（３２）进行二次全反射，然后从光线进出界面出去；当光线遇到指纹凹陷的部分，光线在指纹识别面（３３）上发生全反射并射向背景面（３４），被涂黑色的背景面（３４）的配合下从光线进出界面（３１）看，指纹凸出的部分形成光亮的白色，指纹凹陷的部分形成黑色实现指纹图像的二值化。它比较薄、体积小，指纹图像清晰。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种指紋识别光学系统1、
本技术涉及一种指紋识别光学系统，尤其涉及指紋图像釆集装置。2、
技术介绍
指紋具有唯一性和不变性，指紋识别技术使用简单方便、安全可靠。指 紋识别光学系统是整个指紋识别系统的输入装置即釆集指紋的装置，可广泛 地使用于指紋锁、考勤系统、带指紋识别的鼠标、键盘、手机等装置上，也 可用于公安系统的指紋比对釆集等作业，为提高指紋识别的清晰度，通常釆 用指紋识别光学系统(即光学指紋釆集仪),其光路有全反射式和散射式两种。现有的指紋识别光学系统普遍存在如下问题l)整个系统体积大，比较 厚，原因主要是釆用的棱镜较大和较厚；2) —些棱镜的结构比较复杂，因为 设计中把它作为成像的透镜的功能来设计，例如一些棱镜的指紋识别面(即 接触面)设置成弧面等，这些都会增加产品结构的复杂性和加工难度，也导 致系统厚度和体积增加；3)光学成像系统和PCB板上的配合不够紧凑，整个 系统体积大，比较厚；4)照明系统的布局不合理，导致指紋识别面光照不均 句，出现色斑和图像不清晰等问题，并且导致整个系统体积大，比较厚。5) 传统指紋仪的成像存在严重的梯形畸变，导致识别率下降。3、
技术实现思路
本技术目的是克服现有技术的不足而提供一种比较薄、体积小的指 紋识别光学系统。本技术是通过如下技术方案来实现的一种指紋识别光学系统，包括棱镜、光学成像系统和照明系统，所述的 棱镜包括四个功能面背景面、指紋识别面、全反射面、光线进出界面，其 中指紋识别面和全反射面是平面并且相对，背景面与光线进出界面相对，照 明系统将光线照射到指紋识别面，人的指紋按压在指紋识别面后，当光线遇 到指紋凸出的部分时指紋识别面上的全反射功能被破坏后再被全反射面进行 二次全反射，然后从光线进出界面出去；当光线遇到指紋凹陷的部分，光线在指紋识别面上发生全反射并射向背景面，背景面被涂上黑色，在背景面的 配合下从光线进出界面看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部 分形成黑色实现指紋图像的二值化。另外，由于本技术釆用了棱镜具有 两个全反射面，利用两次全反射，使棱镜的体积和厚度均减小，从而减小了 整个系统的体积，另外，棱镜的结构比较简单，加工制造容易，利用棱镜实 现指紋图像的二值化方便计算机处理，加快其运算速度。上述所述的背景面可以是平面、曲面、多个面组合而成的集合面。涂黑 后的背景面的形状可以是任意的。上述所述在棱镜的后方还设置有光学成像系统，该光学成像系统包括反 射镜、光栏孔、成像透镜，二值化的指紋图像经过反射镜反射后经过光栏孔、 成像透镜后成像于感光芯片上，结构简单，布局合理，使整个系统体积小， 比较紧凑，有效消除成像存在严重的梯形畸变问题，识别率高。上述所述的照明系统包括安装在PCB板上的LED光源和反射镜，LED光 源发出的光经过反射镜反射后进入棱镜的光线进出界面，再经过全反射面反 射后照射到指紋识别面。LED光源集成在PCB板上，可以使整个系统结构更 加紧凑，减少体积。上述所述的棱镜是由折射率大于l的塑料制造，与坡璃棱镜相比，可以 大大降低产品的重量和体积，同时适合大规模工业生产。上述所述指紋识别面与光线进出界面的夹角A2范围是90度至150度； 全反射面与光线进出界面的夹角Al范围是83. 1度至43. 1度。上述所述照明系统的光路与光学成像系统的光路在棱镜内部是可逆的。 使得照射到指紋识别面光线比较均勻，提高图像的质量。上述所述的棱镜和照明系统的光路与光学成像系统安装在相应的结构件上。上述所述的所述感光芯片和LED光源安装在同一 PCB板上，使得结构更 加紧凑，减少系统体积。 附图说明以下结合附图对本技术作详细的说明图1是本技术的分解示意图2是本技术的棱镜的截面图；图3是本实用新星的俯视图4是图3的A-A剖视图；'图5是图3的B-B剖视图。 具体实施方式 如图l、图2、图3、图4、图5所示，本技术包括有结构件l、 LED 光源2、棱镜3、成像透镜4和感光芯片5， LED光源2、棱镜3、成像透镜4 和感光芯片5安装在结构件1上，所述的棱镜3包括四个功能面背景面34、 指紋识别面33、全反射面32、光线进出界面31，其中指紋识别面33和全反 射面32是平面并且相对，背景面34与光线进出界面31相对，照明系统将光 线照射到指紋识别面33,人的指紋按压在指紋识别面33后，当光线遇到指 紋凸出的部分时指紋识别面33上的全反射功能被破坏后再被全反射面32进 行二次全反射，然后从光线进出界面出去；当光线遇到指紋凹陷的部分，光 线在指紋识别面33上发生全反射并射向背景面34,背景面34被涂上黑色， 在背景面34的配合下从光线进出界面31看，指紋凸出的部分形成光亮的白 色，指紋凹陷的部分形成黑色实现指紋图像的二值化。背景面34可以是平面、 曲面、多个面组合而成的集合面，例如背景面34可以是多个平面组成。棱 镜3是由折射率大于1的塑料制造，在棱镜3的后方还设置有光学成像系统， 该光学成像系统包括反射镜6、光栏孔71、成像透镜4， 二值化的指紋图像 经过反射镜6反射后经过光栏孔71、成像透镜4后成像于感光芯片5上。照 明系统包括安装在PCB板13上的LED光源2和反射镜8， LED光源2发出的 光经过反射镜8反射后进入棱镜3的光线进出界面31,再经过全反射面32 反射后照射到指紋识别面33。指紋识别面33与光线进出界面31的夹角A2范 围是90度至150度；全反射面32与光线进出界面31的夹角Al范围是83. 1 度至43. 1度。棱镜3和照明系统的光路与光学成像系统安装在结构件1上。 所述感光芯片5和LED光源2安装在同一 PCB板13上。所述的结构件1包括上盖11、壳座结构件12,棱镜3安装在壳座结构件 12的空腔121内，上盖ll安装在壳座结构件12顶面上，PCB板13安装在壳 座结构件12底部，棱镜3的指紋识别面33从上盖11设置的窗口 111外露出 来，所述的反射镜6和反射镜8安装在上盖11底面并与棱镜3的光线进出界 面31相对的一侧。在感光芯片5和LED光源2的正上方分别设置反射镜6和反射镜8。所述成像透镜4位于反射镜6与感光芯片5之间，成像透镜4 安装在镜简7里面并压圈9压紧，镜筒7外表面设置螺紋，镜简7安装在壳 座结构件12上并与其螺紋连接。感光芯片5可以是CMOS图像传感器。本实用的原理是指紋识别时，手指按在棱镜3的指紋识别面33上， 从LED光源2发出的光线经过反射镜8反射棱镜3的光线进出界面31并进入 棱镜3，进入棱镜3的光线经过全反射面32反射后到达指紋识别面33。人的 指紋按压在指紋识别面33后，当光线遇到指紋凸出的部分时指紋识别面33 上的全反射功能被破坏后再被全反射面32进行二次全反射，然后从光线进出 界面出去；当光线遇到指紋凹陷的部分，光线在指紋识别面33上发生全反射 并射向背景面34,背景面34被涂上黑色，在背景面34的配合下从光线进出 界面31看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色实现 指紋图像的二值化。所述的二值化是计算机图像处理的通用述语，即将图像 中黑色的部分的所有点赋予值1,将图像中光亮的白色的部分的所有组成点 赋予值0，计算机通过这两个值可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种指纹识别光学系统，包括棱镜（３）、光学成像系统和照明系统，其特征在于：所述的棱镜（３）包括四个功能面：背景面（３４）、指纹识别面（３３）、全反射面（３２）、光线进出界面（３１），其中指纹识别面（３３）和全反射面（３２）是平面并且相对，背景面（３４）与光线进出界面（３１）相对，照明系统将光线照射到指纹识别面（３３），人的指纹按压在指纹识别面（３３）后，当光线遇到指纹凸出的部分时指纹识别面（３３）上的全反射功能被破坏后再被全反射面（３２）进行二次全反射，然后从光线进出界面出去；当光线遇到指纹凹陷的部分，光线在指纹识别面（３３）上发生全反射并射向背景面（３４），背景面（３４）被涂上黑色，在背景面（３４）的配合下从光线进出界面（３１）看，指纹凸出的部分形成光亮的白色，指纹凹陷的部分形成黑色实现指纹图像的二值化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾怀昌，
申请(专利权)人：贾怀昌，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]